(57)【要約】【課題】  レーザ光を用いて、被加工物を精度良く加工しうる加工方法および加工装置を提供する。【解決手段】  まず、線状ビームとされたレーザ光２の焦点配列線２１を被加工物１の表面１２に対して傾斜させた状態で、レーザ光２を被加工物１に対して照射する。この状態で、レーザ光２と被加工物１とを相対移動させる。  レーザ光２と被加工物１との相対移動の方向は、焦点配列線２１を被加工物１の表面１２に投影した方向にほぼ沿う方向であることが好ましい。  線状ビームの幅方向における、レーザ光２の強度分布は、線状ビームの幅方向ほぼ中央における強度分布が低下するように変化させられていることが好ましい。【選択図】図２
2005230834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップを備えることを特徴とする加工方法：
（１）線状ビームとされたレーザ光の焦点配列線を被加工物の表面に対して傾斜させた状態で、前記レーザ光を前記被加工物に対して照射するステップ；
（２）前記レーザ光と前記被加工物とを相対移動させるステップ。
【請求項２】
前記レーザ光と前記被加工物との相対移動の方向は、前記焦点配列線を前記被加工物の表面に投影した方向にほぼ沿う方向であることを特徴とする、請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、前記線状ビームの幅方向における強度分布が、出射光に比較して変化させられていることを特徴とする請求項１または２に記載の加工方法。
【請求項４】
前記変化とは、前記線状ビームの幅方向ほぼ中央における強度分布の低下であることを特徴とする請求項３に記載の加工方法。
【請求項５】
前記焦点配列線と前記被加工物の表面との間の傾斜角を、前記相対移動に伴って変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項６】
以下のステップを備えることを特徴とする加工方法：
（１）線状ビームとされたレーザ光の延長方向を被加工物の表面への垂線に対して傾斜させた状態で、前記レーザ光を前記被加工物に対して照射するステップ；
（２）前記レーザ光と前記被加工物とを相対移動させるステップ。
【請求項７】
光学系と移動装置とを備え、
前記光学系は、線状ビームとされたレーザ光の焦点配列線を被加工物の表面に対して傾斜させた状態で、前記レーザ光を前記被加工物に対して照射する構成とされ、
前記移動装置は、前記レーザ光と前記被加工物とを相対移動させる構成とされている
ことを特徴とする加工装置。
【請求項８】
前記光学系は、前記線状ビームの幅方向における強度分布を変換する変換部を備えていることを特徴とする請求項７に記載の加工装置。
【請求項９】
前記光学系は、前記線状ビームの幅を規制する規制手段を備えていることを特徴とする請求項７または８に記載の加工装置。
【請求項１０】
前記焦点配列線と前記被加工物の表面との間の傾斜角を変化させる角度変更部をさらに備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた加工方法および加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、線状ビームに整形されたレーザ光を用いて部材を加工する方法が知られている（例えば下記特許文献１）。このような方法に用いるレーザ光の光源として、安価な半導体レーザを用いると、レーザ光が広がってしまうため、レンズで絞る必要が生じる。すると、図１に示されるように、被加工物１に照射されるレーザ光２に焦点２１ができる。
【０００３】
焦点２１を有するレーザ光で被加工物１を加工すると、加工面１１に凸部が形成されてしまい、平坦面にならないという問題がある。
【０００４】
このため、加工精度を要求する用途には、高価なレーザ（例えばYAGレーザ）を用いている。すると、装置が大型化したり高価になったりするという問題が生じる。
【特許文献１】特開２００１−７９６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記の状況に鑑みてなされたもので、焦点を有するレーザ光を用いた場合であっても、加工面をほぼ平坦に加工しうる加工方法および加工装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る加工方法は、以下のステップを備えている：
（１）線状ビームとされたレーザ光の焦点配列線を被加工物の表面に対して傾斜させた状態で、前記レーザ光を前記被加工物に対して照射するステップ；
（２）前記レーザ光と前記被加工物とを相対移動させるステップ。
【０００７】
前記レーザ光と前記被加工物との相対移動の方向は、前記焦点配列線を前記被加工物の表面に投影した方向にほぼ沿う方向であってもよい。
【０００８】
前記レーザ光においては、前記線状ビームの幅方向における強度分布が、出射光に比較して変化させられていてもよい。
【０００９】
前記変化とは、例えば、前記線状ビームの幅方向ほぼ中央における強度分布の低下である。
【００１０】
前記焦点配列線と前記被加工物の表面との間の傾斜角を、前記相対移動に伴って変化させることもできる。
【００１１】
本発明に係る加工方法は、以下のステップを備える構成であっても良い：
（１）線状ビームとされたレーザ光の延長方向を被加工物の表面への垂線に対して傾斜させた状態で、前記レーザ光を前記被加工物に対して照射するステップ；
（２）前記レーザ光と前記被加工物とを相対移動させるステップ。
【００１２】
本発明に係る加工装置は、光学系と移動装置とを備えている。前記光学系は、線状ビームとされたレーザ光の焦点配列線を被加工物の表面に対して傾斜させた状態で、前記レーザ光を前記被加工物に対して照射する構成とされている。前記移動装置は、前記レーザ光と前記被加工物とを相対移動させる構成とされている。
【００１３】
前記光学系は、前記線状ビームの幅方向における強度分布を変換する変換部を備えていてもよい。
【００１４】
前記光学系は、前記線状ビームの幅を規制する規制手段を備えていてもよい。
【００１５】
本発明の加工装置は、前記焦点配列線と前記被加工物の表面との間の傾斜角を変化させる角度変更部をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の加工方法または加工装置によれば、焦点を有するレーザ光を用いた場合であっても、加工面をほぼ平坦に加工することが可能となる。
【００１７】
また、線状ビームの幅方向における、レーザ光の強度分布を、出射光に比較して変化させることにより、被加工部材の中央部分の過熱を防止し、加工精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
さらに、線状ビームの焦点配列線と被加工部材の表面との間の傾斜角度を変化させることにより、被加工部材の厚さが変化しても、加工幅をほぼ一定に保つことが可能となる。
【００１９】
また、線状ビームの幅を規制手段で規制することにより、加工幅を変化させることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、図２〜図５を参照して説明する。本実施形態の説明においては、図１と基本的に共通する部材または要素については、同一の符号を用いて説明を簡略とする。また、本実施形態における被加工物１としては、上面１２と下面１３とが平行な平板状のものとする。さらに被加工物１の材質としては、照射されるレーザ光を吸収しやすい材質（例えば近赤外線を吸収しやすい樹脂）を用いる。
【００２１】
（加工装置の構成）
まず、図２および図３を参照して、本実施形態に係る加工装置の構成を説明する。この装置は、光学系３と、ノズル４と、温度センサ５（図３参照）と、切断センサ６と、移動装置７とを備えている。
【００２２】
光学系３は、この実施形態では、レーザ発振器３１と、光ファイバ３２と、集光レンズ３３と、シリンドリカルレンズ３４および３５とを備えている。
【００２３】
レーザ発振器３１としては、加工用に用いられる通常のもの（例えば半導体レーザ）を用いることができる。
【００２４】
光ファイバ３２は、レーザ発振器３１から発せられたレーザ光を集光レンズ３３まで導くようになっている。光ファイバ３２に代えて他の種類の導光路を用いることも可能である。
【００２５】
集光レンズ３３は、レーザ光を集光するものである。シリンドリカルレンズ３４は、この例では平凹レンズとなっている。シリンドリカルレンズ３５は、この例では平凸レンズとなっている。これらのレンズを組み合わせることにより、この実施形態では、レーザ光を線状ビームに整形している。なお、この明細書において線状ビームとは、ビームの横断面形状が直線状、曲線状、長方形状または楕円状であることをいう。また、ビームの線幅は、加工条件によって選択されるものであって、特に制約はない。
【００２６】
これらのレンズの光軸（つまりレーザ光２の延長方向２２）は、被加工物１の上面１２に対して傾斜させられている。これにより、線状ビームとされたレーザ光２の焦点（すなわち線状ビームにおいては焦点配列線）２１を、被加工物１の表面に対して傾斜させた状態で、レーザ光２を被加工物１に対して照射できるようになっている。この傾斜における傾斜角α（図３参照）は、ビームの線幅と被加工物の厚さに応じて任意に設定できる。また、本実施形態では、レーザ光の延長方向２２と被加工物表面への垂線との間での傾斜角β（図３参照）が、角度αと等しくなっている。ただし、これらの光学系の構成はあくまで一例であって、同様のビームを得るための光学系としては種々のものがありうる。また、傾斜角αとβとは、必ずしも等しくなくても良い。
【００２７】
ノズル４は、被加工物１の上面１２に対向する位置に配置されている（図２参照）。ノズル４は、空気流を被加工物１の加工領域に吹き付けるものである。
【００２８】
温度センサ５は、被加工物１の加工領域に向けて配置されている。温度センサ５としては、例えば、赤外光の受光量変化を利用した、非接触式の放射温度計を用いることができる。
【００２９】
切断センサ６は、被加工物１の加工領域に向けて配置されている。切断センサ６としては、例えば、照射光の透過または反射を検出することにより、被加工物１の加工が行われたかどうかを検出するセンサを用いることができる。
【００３０】
移動装置７は、レーザ光２の線状ビームと被加工物１とを相対移動させる構成とされている。このような移動装置７としては、例えば、被加工物１を移動させるためのテーブルである。例えば、テーブルをボールねじで移動させることにより、被加工物１と線状ビームとを一定の速度で相対移動させることができる。移動方向は後述する。
【００３１】
温度センサ５および切断センサ６は、移動装置による被加工物１の移動に伴って同じ方向に同じ距離だけ移動することが好ましい。
【００３２】
（加工方法）
つぎに、前記した装置を用いた加工方法について説明する。この方法では、光学系３を用いて、被加工物１の上面１２に向けてレーザ光２を照射する（図４参照）。この状態では、レーザ光２の線状ビームの焦点配列線２１は、被加工物１の上面１２に対して、角度αだけ傾斜させられている（図３参照）。
【００３３】
一方、被加工物１とレーザ光２とは、移動装置７により相対移動させられる。この移動方向は、この実施形態では、焦点配列線２１を被加工物１の上面１２に投影して得られる仮想線（図３では紙面の左右方向）に沿う方向である。この実施形態では、レーザ光２と被加工物１との相対移動の方向が、被加工物１の上面１２に対して実質的に平行な方向ともなっている（図３参照）。これにより、被加工物１の加工領域は、焦点配列線２１に沿って傾斜して加工される。つまり、この加工により、被加工物１に対して、傾斜した端面１４が形成される（図３参照）。
【００３４】
この状態で、相対移動を続ける。このとき、移動方向に交差する特定の断面を考えてみると、この断面内では、線状ビームの幅狭部（焦点）の位置が、上端から下端へ移動する（図４および図５参照）。すると、加工が終わった状態では、図５に示されるように、加工面１１がほぼ平坦となる。
【００３５】
このように、本実施形態では、焦点を有する線状ビームを使った場合であっても、ほぼ平坦な加工面１１を得ることができるという利点がある。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る加工装置の構成を、図６に基づいて説明する。この第２実施形態では、光学系３の終端（シリンドリカルレンズ３５と被加工物１との間）に、マスク（規制手段）３６が配置されている。マスク３６は、レーザ光を通さない材質により構成されている。マスク３６には、レーザ光を透過させる透過部３６１が形成されている。この実施形態では、透過部３６１は、マスク３６に形成された穴である。透過部３６１は、透明部材により構成しても良い。
【００３７】
第２実施形態の加工装置によれば、電子ビームのビーム幅を、マスク３６によって狭くすることができる。これにより、被加工物１における加工幅（切断部の幅）を調整することができる。なお、マスク３６を用いない場合のビーム幅を、図６中破線で示している。
【００３８】
第２実施形態では、ビーム幅を規制する手段としてマスクを例示したが、これに限らず、例えばレンズにより幅を規制することも可能である。すなわち、規制手段としては、ビーム幅を規制できるものであればよい。
【００３９】
第２実施形態における他の構成は、前記した第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る加工装置の構成を、図７に基づいて説明する。この第３実施形態では、光学系３における光路の途中（例えば集光レンズ３３とシリンドリカルレンズ３４との間）に、変換部３７を配置している。
【００４１】
変換部３７は、入力光におけるほぼ中央での強度分布を減少させ、周辺部での強度分布を相対的に（または絶対的に）増加させるものである。そのような変換部３７としては、例えば光学回折素子を用いることができる。図７中のグラフＡが変換前の、グラフＢが変換後の強度分布を示している。
【００４２】
このような変換部３７を用いることにより、レーザ光の線状ビームの幅方向ほぼ中央における強度分布を、出射光に比較して低下させることができる。一般に、レーザ加工においては、被加工物１の厚さ方向ほぼ中央部が加熱されやすく、しかも冷却されにくいので、この中央部の溶解量が多くなる。これは、加工精度劣化の一因となる。これに対して、この実施形態の装置を用いると、焦点配列線２１が傾斜しているので、中央部の加熱量を減少させることができる。しかも、線状ビームにおける中央部分の強度分布を低下させることにより、中央部の加熱量をさらに減少させることができる。すると、加工精度の向上や、冷却設備の簡易化が可能となる。
【００４３】
ただし、変換部３７における強度変化としては、必ずしも中央部を低下させることに限られない。例えば、冷却条件に対応して中央部からずれた位置が過熱しがちであれば、その位置の光強度を弱めるような変換をすることが好ましい。
【００４４】
第３実施形態における他の構成は、前記した第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。
【００４５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る加工装置の構成を、主に図８を参照しながら説明する。この第４実施形態では、加工装置が、角度変化部８を備えている。角度変化部８は、第１実施形態に関する図２に記載した。角度変化部８は、レーザ光２の焦点配列線２１と被加工物１の上面１２との間の傾斜角αを、被加工部１の移動に伴って変化させるものである。
【００４６】
角度変化部８は、本実施形態では、移動装置７の傾斜角度を変化させる機構として実装されている。このような可変傾斜機構の実装は当業者には容易なので、詳細の説明は省略する。また、角度変化部８としては、光学系３を操作することにより光の角度を操作する手段であってもよい。要するに、角度変化部８の機械的な構成は任意である。
【００４７】
第４実施形態では、被加工物１が厚肉部１６と薄肉部１７とを備えているものとする。厚肉部１６では、傾斜角α＝θ１とする（図８参照）。加工領域が厚肉部１７に差しかかると、角度変化部８により、傾斜角α＝θ２に変更する。これにより、薄肉部１６と厚肉部１７との間で、加工幅（除去部分の幅）をほぼ一定に保つことができる。
【００４８】
第４実施形態における他の構成は、前記した第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。
【００４９】
なお、前記した各実施形態における加工方法および加工装置は、上記の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の加工方法を説明するための概略的な説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態において用いる加工装置の概略を説明するための説明図である。
【図３】図１において、被加工部材の移動方向に沿う縦断面の概略的な拡大図である。
【図４】被加工部材の加工状態を示す説明図である。
【図５】図４の横断面に相当する説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に用いられるマスクの横断面に相当する説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に用いられる変換部の機能を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第４実施形態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  被加工物
１１  加工面
１２  上面
１３  下面
１４  端面
１６  厚肉部
１７  薄肉部
２  レーザ光
２１  焦点（焦点配列線）
２２  レーザ光の延長方向
３  光学系
３１  レーザ発振器
３２  光ファイバ
３３  集光レンズ
３４・３５  シリンドリカルレンズ
３６  マスク
３６１  透過部
３７  変換部
４  ノズル
５  温度センサ
６  切断センサ
７  移動装置
７１  上面
８  角度変化部
α  焦点配列線と被加工物との傾斜角
β  延長方向と鉛直線との傾斜角
Ａ・Ｂ  グラフ
【図１】
2005230834.tif 000003
【図２】
2005230834.tif 000004
【図３】
2005230834.tif 000005
【図４】
2005230834.tif 000006
【図５】
2005230834.tif 000007
【図６】
2005230834.tif 000008
【図７】
2005230834.tif 000009
【図８】
2005230834.tif 000010